Laporan Praktikum Evaporator - 9R

 

  UNIVERSITAS INDONESIA

LAPORAN PRAKTIKUM UNIT OPERASI PROSES II

 EVAPORATOR  EVAP ORATOR CLIMBING FILM

Disusun oleh: KELOMPOK 9 RABU Natasha Vidi S. Sarah Vania G. Wildan Raafi U.

(1506673220) (1506673233) (1506673246)

Muhammad Arif H.

(1506737470)

LABORATORIUM UNIT OPERASI DAN PROSES DEPARTMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA APRIL 2018

 

 

DAFTAR ISI DAFTAR ISI ................................................... ......................................................................... ............................................ ................................. ........... ii  DAFTAR GAMBAR .............................................. .................................................................... ............................................ ........................ .. iv  DAFTAR TABEL .......................................... ................................................................ ............................................ ................................. ........... v  BAB I PENDAHULUAN .......................................... ................................................................ ............................................ ...................... 1   1.1  Latar Belakang .......................................... ................................................................ ............................................ ......................... ... 1 

1.2 

Tujuan Percobaan ................................................. ........................................................................ .................................... ............. 2 

1.3 

Prinsip Kerja Praktikum ....................................... ............................................................. .................................... .............. 2 

BAB II DASAR TEORI ........................................... ................................................................. ............................................ ...................... 4  2.1 Definisi Evaporasi ............................................ ................................................................... ........................................ ................. 4 

2.2

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Evaporasi ......................................... ......................................... 4 

2.2.1 Konsentrasi Cairan ..................................... ........................................................... ............................................ ...................... 4  2.2.2 Kelarutan .................................................... .......................................................................... ............................................ ...................... 4  2.2.3 Sensitivitas Temperatur Bahan ........................................ .............................................................. ...................... 5  2.2.4 Pembusaan (Foaming Atau Frothing) ...................... ............................................. ............................. ...... 5  2.2.5 Tekanan dan Temperatur............................................... Temperatur...................................................................... ......................... .. 5   2.2.6 Konstruksi Material ............................................ ................................................................... .................................... ............. 5  2.3

Proses yang terjadi di evaporator ........................................... ............................................................. .................. 5 

2.3.1 Proses Kristalisasi Evaporator....................................... Evaporator............................................................. ......................... ... 5  2.3.2 Evaporasi dan Pengeringan ........................ .............................................. ............................................ ...................... 6  2.4 

Jenis-jenis Evaporator ....................................................... ............................................................................. ...................... 7 

2.4.1 Open kettle atau pan ........................................... .................................................................. .................................... ............. 7  2.4.2 Evaporator pipa horizontal sirkulasi alami ............................................ ............................................ 7  2.4.3 Evaporator tipe vertikal si sirkulasi rkulasi alami .................................... ................................................. ............. 8  2.4.4 Evaporator tipe vertikal pipa panjang. ............................................. ................................................... ...... 9  2.4.5 Evaporator tipe falling-fil ................................................................... .............. 9   falling-film m ...................................................... 2.4.6 Evaporator film aduk (agitated film)..................... )........................................... ............................... ......... 10  2.5 

Metode Pengoperasian Evaporator ......................................... ......................................................... ................ 11  

2.5.1 Single effect evaporator ............................................ ................................................................... ........................... .... 11  2.5.2 Multiple-effect evaporator ....................................................... ................................................................... ............ 11  2.6 

Steam Economy .......................... ................................................ ............................................ ...................................... ................ 15 

BAB III PERCOBAAN ....................................................... ............................................................................. ............................... ......... 17   3.1  Alat dan Bahan ............................................. ................................................................... .......................................... .................... 17 

3.2 

Prosedur Percobaan ..................................................... ............................................................................ ........................... .... 17 

3.2.1 

Tahap 1: Persiapan ........................................... .................................................................. ............................... ........ 17  

3.2.2 

Tahap 2: Start Up ...................................... ............................................................ ...................................... ................ 18 

3.2.3 

Pengesetan Variabel ............................................. .................................................................... ........................... .... 18  ii

 

 

BAB IV DATA PERCOBAAN DAN PENGOLAHAN DATA ....................... ....................... 20   4.1  Data Percobaan Sirkulasi Alamiah ......................................... ......................................................... ................ 20 

4.2 

Data Percobaan Sirkulasi Paksa ......................................... ............................................................. .................... 22 

4.3 

Variasi Tekanan Sistem Sis tem Terhadap Laju Evaporasi ................................ ................................ 24 

4.4 

Variasi Laju Sirkulasi Dan Evaporasi Dengan Perbedaan Suhu ............ ............ 32 

   4.5

Perhitungan Keekonomisan Untuk Sirkulasi Alami Dan Sirkulasi Paksa 34  

4.6 

 Neraca Energi Untuk Sirkulasi Alamiah Dan Sirkulasi Paksa ............... 36 

BAB V ANALISIS .......................................... ................................................................ ............................................ ............................... ......... 41  5.1  Analisis Alat ................................................. ....................................................................... .......................................... .................... 41  

5.2 

Analisis Percobaan .......................................................... ................................................................................. ....................... 42 

5.3 

Analisis Hasil Perhitungan ................................... ......................................................... .................................. ............ 43 

5.3.1 

Variasi Laju Evaporasi dengan Tekanan Sistem ............................. ............................. 43 

5.3.2   

Variasi Laju Sirkulasi dan Evaporasi dengan Perbedaan Temperatur  44 

5.3.3 

Membandingkan Keekonomisan untuk Sirkulasi Alami dan Paksa 45 

5.3.4  Perhitungan Neraca Energi untuk Sirkulasi Alami dan Paksa ........ 45  5.4  Analisis Kesalahan ............................................................. ................................................................................. .................... 46  BAB VI KESIMPULAN .......................................... ................................................................ .......................................... .................... 47  6.1  Kesimpulan........................................................... ................................................................................. .................................. ............ 47 

6.2 

Saran ........................................... ................................................................. ............................................ ...................................... ................ 47 

DAFTAR PUSTAKA ......................................... ............................................................... ............................................ ........................... ..... 48 

iii

 

 

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Diagram Alir Teknik Pengolahan Limbah B3 Cair ......................... ............................ ... 2  Gambar 2.1 Evaporator Pipa P ipa Horizontal ........................................... ................................................................. ...................... 8  Gambar 2.2 Evaporator Tipe Vertikal ............................................ ................................................................... ......................... .. 8  Gambar 2.3 Evaporator Tipe Vertikal Pipa Panjang ............................................. ............................................... .. 9  Gambar 2.4 Evaporator Film-Aduk ........................................... .................................................................. ........................... .... 10   Gambar 2.5 Evaporator efek tiga : (I, II, III, efek petama, kedua, ketiga; F1, F2, F3, katup kendali umpan atau cairan; S1, katup uap; ps, p1, p2, p3, tekanan; Ts, T1, T2, T3, suhu. .......................................... ................................................................. ............................................. .................................. ............ 12  Gambar 2.6 Pola aliran zat cair dalam evaporator efek berganda : (a) umpan maju; (b) umpan mundur; (c) umpan campuran; c ampuran; (d) umpan paralel ..................... ..................... 14  Gambar 3.1. Evaporator Climbing .............................................................. ......... 17  Climbing Film ...................................................... Gambar 3.2. Skema Peralatan Pera latan Evaporator Climbing Film .................................... .................................... 19  Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara L 2 dengan Waktu pada Konveksi Alami ... 28  Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara L 2 dengan Waktu pada Konveksi Paksa .... 31  Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara E dengan P 1 pada Konveksi Alami dan Paksa .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ ............................... ......... 31  Gambar 4.4 Grafik............................................. Hubungan antara log E dengan log ΔT pada Konveksi Alami dan Paksa .................................... ............. ............................................ ............................................. ............................... ........ 33  Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Ec dengan P 1 pada Konveksi Alami dan Paksa .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ ............................... ......... 36 

iv

 

 

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Percobaan Sirkulasi Alamiah .................................................. ....................................................... ..... 20  Tabel 4.2 Data Percobaan Sirkulasi Paksa ............................................ ............................................................ ................ 22  Tabel 4.3 Perhitungan Konveksi Alami P = 0 mmHg .......................................... .......................................... 25  Tabel 4.4. Perhitungan Konveksi Alami P dan Ts, P = 0 mmHg ......................... 25  Tabel 4.5 Perhitungan Konveksi Alami P = 100 mmHg ...................................... ...................................... 26  Tabel 4.6 Perhitungan Konveksi Alami P dan Ts, P = 100 mmHg ...................... 26  Tabel 4.7 Perhitungan Konveksi Alami P = 200 mmHg ...................................... ...................................... 27  Tabel 4.8 Perhitungan Konveksi Alami P dan Ts, P = 100 mmHg ...................... 27  Tabel 4.9 Perhitungan Konveksi Paksa P = 0 mmHg ........................... ........................................... ................ 28  Tabel 4.10 Perhitungan Konveksi Paksa P dan Ts, P = 0 mmHg ......................... ......................... 29  Tabel 4.11 Perhitungan Konveksi Paksa P = 100 mmHg ..................................... ..................................... 29  Tabel 4.12 Perhitungan Konveksi Paksa P dan Ts, P = 100 mmHg ..................... ..................... 29  Tabel 4.13 Perhitungan Konveksi Paksa P = 200 mmHg ..................................... ..................................... 30  Tabel 4.14 Perhitungan Konveksi Paksa P dan Ts, P = 200 mmHg ..................... ..................... 30  Tabel 4.15 Pengolahan Data Tujuan Kedua Konveksi Alami .............................. 33  Tabel 4.16 Pengolahan Data Tujuan Kedua Konveksi Paksa ............................... ............................... 33  Tabel 4.17 Pra-Pengolahan Data Tujuan Ketiga ........................................... ................................................... ........ 35  Tabel 4.18 Pengolahan Data Tujuan Ketiga Konveksi Alami ......................... .............................. ..... 35  Tabel 4.19 Pengolahan Data Tujuan Ketiga Konveksi Paksa ............................... ............................... 36  Tabel 4.20 Pengolahan Data Pertama Tujuan Keempat........................ Kee mpat........................................ ................ 38  Tabel 4.21 Pengolahan Data Kedua Tujuan Keempat .......................................... .......................................... 38  Tabel 4.22 Pengolahan Data Ketiga Tujuan Keempat .......................... .......................................... ................ 39  Tabel 4.23 Hasil Pengolahan Data Tujuan Keempat ..................... ............................................ ....................... 40 

v

 

 

BAB I PENDAHULUAN 1.1 

Latar Belakang

Proses evaporasi merupakan proses yang kerap kali dilakukan di industriindustri industri baik itu industri skala kecil maupun besar. Proses evaporasi dilakukan oleh peralatan yang disebut evaporator yang akan mengubah cairan atau liquid menjadi keadaan gas sehingga dapat dikatakan evaporator memiliki memil iki prinsip kerja yan berlawanan dengan condenser. Pada sistem pemrosesan hilir, sejumlah tahapan digunakan untuk mengisolasi lebih jauh dan memurnikan produk yang diinginkan. Struktur keseluruhan dari proses ini yaitu ialah pre-treatment, pemisahan solid-liquid,  pengaturan konsentrasi, serta purifikasi dan formulasi. Evaporasi pada struktur ini masuk ke dalam tahapan pengaturan konsentrasi dan digunakan secara luas untuk memekatkan produk makanan, produk kimia, dan solven. Tujuan utama dari evaporasi ini yaitu untuk menguapkan sebagian seba gian  besar air dari larutan yang mengandung produk yang diinginkan. Setelah tahap  pre-treatment dan d an pemisahan (separasi), larutan kerapkali mengandung air yang kadarnya lebih dari 85%. Hal ini tidak disukai di industri karena biaya  pemrosesannya akan besar, contohnya perlu menyediakan peralatan per alatan yang lebih  besar. Untuk Untuk itulah perlu dilakukan proses evaporasi. Penerapan proses evaporasi dengan alasan penghematan biaya juga digunakan di pengolahan

limbah

industri. Skema pengolahan limbah yang yang menggunakan proses evaporasi dapat dilihat pada gambar 1.1 sebagai berikut.

1

 

2

Gambar 1.1 Diagram Alir Teknik Pengolahan Limbah B3 Cair  

Sumber: Juanda. 2013. Pengolahan Limbah Industri Percetakan. Online:  jujubandung.wordpress.com

1.2 

Tujuan Percobaan

Tujuan dari praktikum evaporasi yang praktikan lakukan adalah sebagai  berikut:  beriku t: 1.  Mengamati pengaruh variasi tekanan sistem terhadap laju evaporasi air. 2.  Mengamati pengaruh variasi gradien suhu terhadap laju evaporasi air. 3.  Membandingkan keekonomisan antara sirkulasi alami dan sirkulasi paksa. 4.  Mendapatkan dan membandingkan neraca energi untuk operasi evaporator sirkulasi alami dan sirkulasi paksa.

1.3 

Prinsip Kerja Praktikum

Prinsip kerja dari praktikum evaporasi yang praktikan lakukan adalah sebagai  berikut:  berikut: 1.  Variasi Tekanan dan Suhu Mencatat ketinggian kondensat yang terbentuk selama selang waktu tertentu untuk variasi tekanan dan suhu, dimana dari data ini akan dibuat grafik ketinggian kondesat terhadap waktu menghitung laju evaporasi untuk setiap variasi tekanan. Nilai slope dari grafik ini digunakan untuk menghitung laju evaporasi dengan cara mengalikannya dengan faktor kalibrasi. Setelah mendapatkan laju evaporasi, untuk mengamati perubahan variasi tekanan sistem dan suhu terhadap laju evaporasi, baik sirkulasi alami ataupun sirkulasi sirkulas i

 

3

 paksa, dilakukan dilakukan plot grafik laju evaporasi evaporasi rata rata –  rata  rata terhadap tekanan sistem (linear) atau suhu (logaritmik). 2.  Keekonomisan Sirkulasi Alami dan Sirkulasi Paksa Mencatat tekanan rata-rata rata-rat a steam (P2) dan sistem (P1), titik didih rata-rata (T7), dan laju alir rata-rata umpan dan sirkulasi (F2dan F3), dimana dari data ini akan dihitung nilai keekonomisan yang merupakan perbandingan antara  jumlah air terhadap terhadap jumlah kond kondensat ensat yang terbentuk terbentuk dengan rasio sirkulasi sirkulasi rata  –  rata   rata adalah perbandingan antara F3 terhadap F2. Jumlah air dihitung dengan mengalikan perubahan ketinggian air dengan faktor kalibrasi, sedangkan jumlah kondensat yang terbentuk dihitung dengan mengalikan ketinggian kondensat yang terbentuk dengan luas lingkaran gelas ukur. Untuk mengamati keekonomisan antara sirkulasi alami terhadap sirkulasi paksa, dibuat grafik nilai keekonomisan terhadap variasi tekanan untuk sirkulasi alami dan sirkulasi paksa dalam 1 buah diagram. 3.   Neraca Energi Sirkulasi Sirkulasi Alami dan Sikulasi Sikulasi Paksa Paksa Mencatat ketinggian air dan kondensat yang terbentuk (L1, L2,dan L3), suhu (T3, T5, T7, dan T8), tekanan (P1, dan P2), dan da n jumlah kondensat yang terbentuk, dimana dari data ini akan dihitung nilai massa air masukan ke evaporator, massa air terevaporasi, dan massa air konsentrat untuk menentukan massa steam yang terkondensasi. Massa air masukan ke evaporator, massa air terevaporasi, dan massa air konsentrat dihitung dengan mengalikan perubahan ketinggian air atau kondensat yang terbentuk dengan faktor kalibrasi (neraca massa). Sedangkan massa steam yang terkondensasi dihitung dengan persamaan neraca energi dimana terlebih dahulu dihitung nilai entalpi umpan menggunakan steam table. Kesalahan relatif hasil  perhitungan  perhitu ngan ini ini kemudian kemudian dicari. dicari.

 

 

BAB II DASAR TEORI 2.1

Definisi Evaporasi

Evaporasi merupakan salah satu proses perpindahan panas yang cukup  penting dan banyak terjadi di industri. Dalam proses evaporasi, uap dari larutan yang mendidih dipindahkan dan akan menyisakan larutan yang lebih pekat. Pada  banyak kasus, unit operasi evaporasi lebih l ebih ditujukan kepada proses penghilangan air dari larutan encer. Contoh umum proses evaporasi adalah larutan gula, sodium klorida, sodium hidroksida, gliserol, susu, dan lain-lain. 2.2

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Evaporasi

Sifat fisis dan kimia dari larutan yang akan dikonsentrasikan dan uap yang akan dipindahkan, sangat berpengaruh pada jenis evaporator yang digunakan, dan  pada tekanan dan temperatur proses. Beberapa faktor yang mempengaruhi metode  proses yang digunakan, antara lain: 2.2.1 Konsentrasi Cairan Pada umumnya, larutan yang diumpankan pada evaporator adalah larutan encer, sehingga memiliki viskositas yang rendah. Selain itu juga memiliki koefisien transfer panas yang relatif tinggi. Dari evaporasi akan menghasilkan larutan yang sangat pekat dan cukup viskos, yang menyebabkan penurunan koefisien transfer panas dengan signifikan. Sirkulasi yang cukup sangat diperlukan untuk mencegah penurunan koefisien transfer panas menjadi me njadi sangat rendah. 2.2.2 Kelarutan Larutan dipanaskan dan konsentrasi zat terlarut pun akan meningkat, sehingga batas kelarutan kelarutan bahan dalam larutan akan mungkin terlampaui dan akan terbentuk kristal. Hal ini menunjukkan batas konsentrasi maksimum dalam larutan yang dapat diperoleh dengan proses evaporasi. Kelarutan merupakan fungsi temperatur dan pada banyak kasus, kelarutan garam dalam air akan meningkat seiring dengan kenaikan temperatur.

4

 

5

2.2.3 Sensitivitas Temperatur Bahan Pada banyak produk, seperti makanan, sangat sensitif terhadap temperatur dan terdegradasi pada temperatur yang sangat tinggi atau setelah melalui  pemanasan yang cukup lama. Jumlah yang terdegradasi merupakan fungsi temperatur dan waktu. 2.2.4 Pembusaan (Foaming Atau Frothing) Pada beberapa material yang terbuat dari larutan kaustik, larutan makanan seperti susu skim, dan sejumlah larutan asam lemak, akan membentuk busa atau buih selama proses pendidihan. Busa ini bersama uap akan keluar dari evaporator. 2.2.5 Tekanan dan Temperatur Titik didih larutan sangat berhubungan dengan tekanan sistem. Jika tekanan operasi evaporator lebih tinggi, maka titik didihnya juga akan lebih tinggi. Untuk menjaga agar temperatur tetap rendah pada material yang sangat sensitif, maka perlu dioperasikan pada tekanan di bawah 1 atm atau pada kondisi vakum. 2.2.6 Konstruksi Material Sejumlah larutan akan menimbulkan material pada yang terdeposit pada  permukaan pemanas yang disebut sebagai kerak. Kerak terbentuk dari dekomposisi produk atau penurunan kelarutan. Oleh karena itu, evaporator harus dibersihkan secara berkala dan material penyusunnya juga penting untuk diperhatikan untuk meminimalisasi terjadinya korosi. 2.3

Proses yang terjadi di evaporator

2.3.1 Proses Kristalisasi Evaporator Kristalisasi adalah proses pengendapan yang sangat lambat sehingga molekul-molekul dapat tersusun dalam kisi-kisi kristal. Sekali inti kristal terbentuk pertumbuhan kristal selanjutnya akan lebih mudah dan lebih cepat.  Evaporasi tidak sama dengan kristalisasi kristalisasi. Perbedaannya yaitu bila dalam

evaporasi lebih menekankan dalam pemekatan atau pengkonsentrasian larutan sedangkan pada kristalisasi lebih menekankan pada pembuatan zat padat atau kisi-kisi kristal. Ada 2 jenis proses kristalisasi, yakni:

  Proses Batch



 

6

Awal mula, cairan dipanaskan oleh steam coil atau jaket. Tahap akhir  pelarut teruapkan sampai tercapai nilai konsentrasi yang dinginkan, dan  pendinginan dipengaruhi oleh pemindahan panas ke sekeliling dan permukaan di permukaan bebas. Larutan mendingin perlahan-lahan dan berbentuk kristalkristal yang besar yang berada di coil. Daya larut hampir tidak ter tergantung gantung pada temperatur, bentuk kristal pada permukaan cairan dan kristal berada disana karena adanya gaya tegangan permukaan sampai kristal-kristal kelebihan berat lalu jatuh kedasar permukaan. Contoh salting evaporator.

  Proses Kontinu



Proses kontinu dibagi menjadi dua tipe, yaitu linear dan stired . -  Tipe linear adalah larutan mengalir sepanjang pipa dengan sangat sedikit pencampuran secara longitudinal. Contoh pada SwensonWalker crystalizer,  Wulff-Bock crystalizer. -  Tipe stirred adalah keadaan yang seragam. Contoh Oslo crystalizer. 2.3.2 Evaporasi dan Pengeringan Evaporasi biasanya digunakan untuk memisahkan campuran cairan menjadi produk cair (concentrate or thick liquor ) dan uap air dari produknya, walaupun dalam kasus-kasus tertentu seperti water treating dan desalinisasi, uap dihasilkan sebagai produk yang di inginkan bukan thuck liquor . Pengeringan (drying) adalah suatu metoda untuk mengeluarkan atau menghilangkan sebagian air dari suatu bahan dengan cara menguapkan air menggunakan energi panas yang dimana tujuan pengeringan adalah untuk  pengawetan. Prinsip dasar pengeringan adalah terjadinya penguapan air dari  bahan ke udara. Terjadi perbedaan tekanan uap antara air di bahan dan uap air di udara. Pada umumnya tekanan uap air di bahan lebih besar dari di udara, hal ini menyebabkan ada perpindahan massa air dari bahan ke udara. Evaporasi hampir  sama dengan pengeringan dalam hal penghilangan zat yang mudah menguap, bedanya dalam hal produknya yaitu cairan yang dihasilkan. Evaporasi tidak sama dengan dengan pengeringan. Dalam evaporasi, sisa penguapan adalah zat cair dan kadang-kadang zat cair yang sangat viskos sedangkan dalam pengeringan sisa penguapan adalah dalam  bentuk zat padat.

 

7

  Proses Drying Evaporator



Pengeringan diklasifikasikan menjadi dua yaitu: 1.   Drum dryer dryer

Jika larutan mengalir menuju pemanas drum yang berputar  perlahan-lahan, sehingga terjadi penguapan dan padatan dapat diperoleh dalam bentuk kering. Padatan biasanya berhubungan dengan logam panas antara 6 –  15  15 s, juga koefisien perpindahan panas antara 12 kW/m2.K. Pada pengeringan, temperatur material harus dijaga serendah mungkin dengan menggunakan pengering vakum. 2.  Spray dryer

Air dapat diuapkan dari larutan atau suspensi padatan dengan menyemprotkan campuran kedalam vessel yang dilewati gas panas. 2.4

Jenis-jenis Evaporator

Dalam proses evaporasi, kalor ditambahkan ke larutan untuk menguapkan  pelarut yang pada umumnya adalah air. Kalor yang ada berupa uap kondensasi seperti steam pada satu sisi permukaan logam dengan cairan pengevaporasi di sisi lainnya. Jenis peralatan yang digunakan terutama tergantung pada susunan  permukaan transfer panas. Berikut ini beberapa jenis umum evaporator: 2.4.1 Open kettle atau pan Jenis ini memiliki bentuk yang paling sederhana, terdiri dari panci terbuka dimana cairan dididihkan. Kalor disediakan oleh steam kondensasi dalam jaket atau coil yang dibenamkan dalam cairan. Evaporator jenis ini cukup murah dan mudah dioperasikan, namun tidak ekonomis. 2.4.2 Evaporator pipa horizontal sirkulasi alami Pipa pemanas horizontal mirip dengan kumpulan pipa pada heat exchanger . Steam memasuki pipa, tempat akan terkondensasi. Selanjutnya uap

kondensat meninggalkan pipa. Cairan yang mendidih akan menyelimuti pipa. Uap meninggalkan permukaan cairan, melewati sejumlah deentraining device  seperti baffle untuk mencegah terangkatnya tetes-tetes cairan dan keluar lewat  bagian atas. Evaporator jenis ini relatif murah dan d digunakan igunakan untuk untuk cairan nonviscous  yang memiliki koefisien transfer panas yang tinggi dan cairan yang

tidak menimbulkan kerak. Karena sirkulasi cairan yang buruk, maka alat ini

 

8

tidak sesuai untuk cairan viskos. Pada beberapa kasus, evaporator ini dioperasikan secara kontinu, dimana umpan masuk dengan laju konstan dan konsentrat meninggalkan evaporator juga dengan laju yang konstan.

Gambar 2.1 Evaporator Pipa Horizontal

Gambar 2.2 Evaporator Tipe Vertikal 

2.4.3 Evaporator tipe vertikal sirkulasi alami Pada evaporator jenis ini, lebih diutamakan menggunakan pipa vertikal. Cairan berada di dalam pipa dan steam berada di luar pipa. Karena terjadi  proses pendidihan dan penurunan densitas, maka cairan menaiki pipa dengan sirkulasi alami dan mengalir ke bawah melewati ruang terbuka

 

9

(downcomer). Sirkulasi alami akan menaikkan koefisien transfer panas. Alat ini tidak digunakan pada cairan viskos. Nama lain dari alat ini adalah evaporator pipa-pendek (short-tube  evaporator). 2.4.4 Evaporator tipe vertikal pipa panjang. Karena koefisien transfer panas steam sangat tinggi dibandingkan dengan cairan yang berevaporasi, maka diharapkan cairan memiliki kecepatan yang tinggi. Pada evaporator jenis ini, cairan berada dalam pipa. Panjang pipa sekitar 3 sampai 10 meter dan pembentukan gelembung uap dalam pipa menyebabkan pemompaan yang memberikan kecepatan cairan. Secara umum, cairan mengalir hanya satu kali melewati pipa dan tidak diresirkulasi. Waktu kontaknya menjadi cukup sebentar. Pada beberapa kasus, dimana rasio umpan terhadap laju evaporasi rendah, maka dilakukan resirkulasi alami produk melewati evaporator dengan menambahkan pipa penghubung besar antara keluaran konsentrat dan masukan umpan. Jenis ini biasa diaplikasikan pada  produksi susu kondensasi.

Gambar 2.3 Evaporator Tipe Vertikal Pipa Panjang 

2.4.5 Evaporator tipe falling-fil  falling-film m  Jenis ini merupakan variasi dari evaporator tipe pipa panjang, dimana cairan diumpankan ke atas pipa dan mengalir ke bawah melalui dinding membentuk lapisan film. Pemisahan uap-cairan terjadi di bagian bawah. Jenis ini digunakan untuk memekatkan material yang sensitif kalor, seperti jus buah, dikarenakan waktu kontak yang tidak lama (5 sampai 10 detik) dan koefisien transfer panasnya tinggi.

 

10

2.4.6 Evaporator film aduk ( agitated film) Evaporator ini merupakan modifikasi daripada evaporator film jatuh (falling film) yang mempunyai tabung tunggal bermantel, dimana di dalam tabung itu terdapat sebuah pengaduk. Umpan masuk dari puncak bagian  bermantel dan disebarkan menjadi film tipis yang sangat turbulen dengan  bantuan daun-daun vertikal agitator (pengaduk) itu. Konsentrat keluar dari  bawah bagian bermantel, uap naik dan zone penguapan penguapan masuk ke dalam bagian tak bermantel yang diameternya agak lebih besar dari tabung evaporasi. Di dalam separator, zat cair yang terbawa-ikut lalu dilemparkan ke arah luar oleh daun-daun agitator. Keunggulan utama dari evaporator flim-aduk ialah kemampuannya menghasilkan laju perpindahan kalor yang tinggi pada zat cair viskos. Produk evaporasi bisa mencapai viskositas sampai setinggi s etinggi 1.000 P pada suhu evaporasi. Koefisien menyeluruh turun dengan cepat bila viskositas naik, tetapi dalam rancangan ini, penurunan itu cukup lambat.

Gambar 2.4 Evaporator Film-Aduk  

Evaporator film-aduk sangat efektif dengan produk viskos yang peka panas, seperti gelatin, lateks karet, antibiotika, dan sari buah. Kelemahannya ialah biayanya yang tinggi, adanya bagian-bagian dalam yang bergerak, yang mungkin memerlukan perawatan dan pemeliharaan dan kapasitas setiap unitnya kecil, jauh di bawah kapasitas evaporator bertabung banyak.

 

11

2.5 

Metode Pengoperasian Evaporator

2.5.1 Single effect evaporator Pada single-effect evaporator, umpan masuk pada T f   dan steam jenuh  pada suhu TS  masuk ke bagian heat exchanger. Steam yang terkondensasi keluar sebagai kondensat (tetesan). Karena larutan dalam evaporator dianggap tercampur sempurna, maka produk konsentrat dan larutan dalam evaporator memiliki komposisi yang sama dan temperatur T 1 yang merupakan titik didih larutan. Suhu uap juga sama dengan T 1  karena berada pada kesetimbangan dengan larutan yang mendidih. Tekanan adalah P 1 yang merupakan tekanan uap larutan pada T1. Jika larutan yang dievaporasikan dianggap encer seperti air, maka 1 kg steam akan mengevaporasikan sekitar 1 kg uap. Ini akan terjadi jika umpan yang masuk memiliki temperatur Tf   mendekati titik didih. Konsep dari koefisien transfer panas keseluruhan digunakan dalam perhitungan laju transfer panas  pada evaporator. Persamaan umumnya dapat ditulis sebagai berikut: berikut: q = U A T = U A (Ts   –  –  T  T1)

dimana q adalah laju adalah laju transfer panas dalam W (btu/hr), U adalah koefisien transfer panas keseluruhan dalam W/m2.K (btu/hr.ft2.K), A adalah luas transfer panas dalam m 2 (ft2), Ts adalah suhu steam dalam K, dan T1 adalah titik didih cairan dalam K. Evaporator efek tunggal biasa digunakan pada saat dibutuhkan kapasitas operasi yang relatif kecil dan harga steam yang relatif murah jika dibandingkan dengan biaya evaporator. Pada kapasitas operasi yang lebih besar, penggunaan lebih dari satu efek akan mengurang biaya steam. 2.5.2 Multiple-effect evaporator Lihat gambar 5. Gambar itu menunjukkan tiga buah evaporator sirkulasi alamiah tabung panjang yang saling dihubungkan untuk mendapatkan sistem efek tiga. Uap dari satu efek berfungsi sebagai medium pemanas bagi efek  berikutnya. Efek pertama berfungsi sebagai tempat pengumpanan uap mentah me ntah di mana tekanan ruang uap cairannya maksimum. Sedangkan tekanan ruang uap cairan minimum terdapat pada efek terakhir. Tekanan di setiap efek lebih rendah dari tekanan efek tempat menerima uap dan lebih tinggi dari tekanan

 

12

efek tempat memberikan uap. Setiap efek beroperasi sebagai evaporator efek tunggal dan masing-masing mempunyai beda suhu melintas permukaan  pemanasan yang berkaitan dengan penurunan penurunan tekanan di dalam efek itu. Pada gambar 5 terlihat umpan encer masuk pada efek pertama dan dipekatkan sedikit. Cairan lalu mengalir ke efek kedua untuk dipekatkan lagi, dan mengalir lagi ke efek ketiga untuk pemekatan akhir. Kemudian cairan pekat pe kat ini dipompa keluar dari efek ketiga. Pada keadaan stedi, laju aliran dan laju  penguapan diatur sehingga tidak ada penumpukan atau pengurangan pelarut maupun zat terlarut.

Gambar 2.5 Evaporator efek tiga : (I, II, III, efek petama, kedua, ketiga; F1, F2, F3, katup kendali

umpan atau cairan; S1, katup uap; ps, p1, p2, p3, tekanan; Ts, T1, T 1, T2, T3, suhu.  

Konsentrasi cairan pekat hanya dapat diubah dengan mengubah laju aliran umpan. Jika cairan pekat terlalu encer, maka laju umpan efek pertama dikurangi. Jika cairan pekat terlalu tinggi konsentrasinya, maka laju umpan ditambah. Konsentrasi cairan pekat yang keluar akan mencapai keadaan stedi  pada tingkat yang diinginkan. Permukaan pemanasan pada efek pertama pert ama akan mengalirkan kalor yang jumlahnya berdasarkan persamaan: q1 = A1 U 1  T 1  Jika dianggap bahwa semua kalor muncul sebagai kalor laten di dalam uap yang keluar dari efek pertama, maka pada p ada keadaan stedi seluruh kalor yang digunakan untuk membuat uap pada efek pertama harus diserahkan lagi ketika uap ini dikondensasi pada efek kedua. Kalor yang ditransmisi pada efek kedua, diberikan pada persamaan: q 2 = A 2 U  2  T  2 

 

13

Terlihat bahwa q1 dan q2 hampir sama, sehingga:  A1 U 1  T 1 = A 2 U  2  T  2  Penalaran selanjutnya menjadi:  A1 U 1  T 1 = A 2 U  2  T  2 = A 3 U  3  T  3  Persamaan di atas merupakan persamaan pendekatan yang masih perlu ditambahkan suku-suku lain yang nilainya relatif kecil. Luas permukaan  pemanasan di setiap efek dalam evaporator efek berganda adalah sama agar mendapatkan ekonomi dalam konstruksi. Persamaan tersebut diperoleh karena q1 = q2 = q3 = q.

U 1  T 1 = U  2  T  2 = U  3  T  3 = q/A  q/A  Jadi, penurunan suhu dalam masing-masing efek berganda adalah berbanding terbalik dengan koefisien perpindahan kalornya.

  Cara Pengumpanan



Ada 4 jenis metode pengumpanan yang umumnya digunakan : -  Metode umpan maju ( forward feed  feed ) Dengan cara memompakan zat cair encer ke dalam efek pertama dan dialirkan terus ke efek-efek berikutnya hingga mencapai efek terakhir. Konsentrasi zat cair meningkat dari efek pertama sampai efek terakhir. Diperlukan sebuah pompa untuk mengumpankan zat cair ke efek pertama. Pada perpindahan antara efek berlangsung tanpa pompa dan hanya diperlukan sebuah katup kendali di dalam pipa penghubung antar efek (gambar 6a). -

Metode umpan mundur (backward feed ) Dengan cara memompakan zat cair ke efek yang terakhir, kemudian dialirkan secara berurutan hingga ke efek pertama. Diperlukan sebuah pompa di antara setiap pasangan efek yang  bersebelahan di samping pompa cairan pekat, karena aliran berlangsung dari tekanan rendah ke tekanan tinggi. Metode ini akan menghasilkan kapasitas yang lebih besar bila cairan pekat itu viskos, tapi akan menghasilkan ekonomi yang lebih rendah dari umpan maju jika cairan umpannya dingin (gambar 6b).

 

14

Gambar 2.6 Pola aliran zat cair dalam evaporator efek berganda : (a) umpan maju; (b) umpan

mundur; (c) umpan campuran; (d) umpan paralel 

-

Metode umpan campuran (mixed feed ) Zat cair encer masuk ke efek antara, mengalir ke ujung deret, lalu dipompakan kembali ke efek pertama untuk pemekatan akhir. Dengan metode ini, sebagian dari pompa yang digunakan pada umpan mundur tidak digunakan lagi. Pelaksanaan operasi akhir masih dapat dilakukan pada suhu tertinggi (gambar 6c).

-

Metode umpan paralel ( paralel  paralel feed  feed ) Biasa

digunakan

dalam

evaporator

kristalisasi,

dimana

dihasilkan lumpur kristal dan cairan induk. Umpan dimasukkan secara  paralel langsung ke setiap efek. Tidak terdapat perpindahan perpindahan zat cair dari dari efek yang satu ke efek yang lain (gambar 6d).

  Kapasitas dan Ekonomi Evaporator Efek Berganda



Penurunan kapasitas merupakan akibat dari penggunaan evaporator efek berganda. Kapasitas total evaporator efek berganda tidak lebih besar dari evaporator efek tunggal yang luas permukaanya sama dengan salah satu sa tu efek itu dan beroperasi pada kondisi akhir yang sama. Jika kenaikan titik didih diabaikan,

T   menyeluruh

efektif sama dengan jumlah

T

 pada

masing-masing efek. Banyaknya air yang diuapkan per satuan luas  permukaan pada evaporator efek berganda dengan  N  efek   efek adalah kira-kira

 

15

(1/N ) kali pada efek tunggal. Jika beban pemanasan dan kalor pengenceran diabaikan, kapasitas evaporator berbanding langsung dengan laju  perpindahan kalor. Kalor yang berpindah di dalam tiga efek : q1 = A1 U 1  T 1 

q 3 = A 3 U  3  T  3 

q 2 = A 2 U  2  T  2 

Kapasitas total sebanding dengan laju total perpindahan kalor qT  : qT   = = q1 + q 2 + q 3 = A1 U 1  T 1 + A 2 U  2  T  2 + A 3 U  3  T  3  Anggap luas permukaan setiap efek adalah  A  ft2, dan koefisien menyeluruh U  sama  sama pada tiap efek, maka persamaan di atas menjadi : qT  = UA (   T 1 + T  2 + T  3 ) = U A T   dimana

T   adalah

penurunan suhu total antara uap pemanas dalam efek

 pertama dengan uap cairan dalam efek terakhir. Misal ada evaporator efek tunggal yang luas permukaannya  A   beroperasi pada penurunan suhu total yang sama. Jika koefisien menyeluruhnya sama dengan koefisien menyeluruh di setiap efek dalam evaporator efek tiga itu, maka laju perpindahan kalor dalam efek tunggal itu : qT  = U A T   Persamaan ini sama dengan persamaan pada evaporator berganda. Kapasitas efek berganda tidak akan lebih besar daripada efek tunggal jika nilai koefisien menyeluruhnya dan luas permukaan tiap-tiap efek sama dengan yang dimiliki oleh efek tunggal, sebanyak apapun jumlah efeknya. Kenaikan titik didih akan cenderung membuat kapasitas evaporator efek  berganda lebih kecil dari efek tunggal yang sebanding. Koefisien rata-rata untuk evaporator efek tiga akan lebih besar dari koefisien pada efek tunggal. 2.6 

Steam Economy

Kemampuan evaporator dikisarkan berdasarkan steam economy yang dimilikinya. Steam economy didefinisikan sebagai banyaknya kilogram zat terlarut

yang

terevaporasi

per

kilogram

steam

yang

digunakan.

Keekonomisan (Ec) dari sebuah evaporator dirumuskan dengan persamaan:

   = di mana,

 

 

 

16

WE = air yang terevaporasi, kg QC = steam yang terkondensasi dalam proses evaporasi air, a ir, kg Apabila feed memasuki evaporator pada titik didihnya, dan tidak ada  panas yang terbuang, maka tiap 1 kg steam yang terkondensasi akan menguapkan 1 kg air dan keekonomisannya, EC = 1. Pada kenyataannya,  bagaimanapun sejumlah panas akan dilepaskan ke lingkungan sehingga sejumlah tambahan steam, QL akan terkondensasi. Selanjutnya Ec akan dirumuskan menjadi:

   =

   + 

=

 

 

dan karena WE=QC, maka

1        +  1+  Jumlah air yang terevaporasi, WE akan bergantung pada metode    =



=

operasi evaporator; operasi dengan sirkulasi paksa akan menghasilkan  jumlah air terevaporasi yang lebih besar dibandingkan sirkulasi alami. Jumlah steam yang terkondensasi dengan adanya kehilangan panas, QL, akan konstan. Sebagai hasilnya, keekonomisannya, EC, akan lebih besar untuk sirkulasi paksa dibandingkan sirkulasi alami.

 

 

BAB III PERCOBAAN 3.1 

Alat dan Bahan

Dalam percobaan ini, alat yang digunakan adalah evaporator climbing film, dengan menggunakan fluida air dan steam. Alat ini terdiri dari evaporator, receiver, serta console elektrik yang dirakit menjadi satu. Selain itu, digunakan pula  pump  untuk memompa air yang digunakan pada evaporator climbing film. Di bawah ini adalah gambar alat yang digunakan:

Gambar 3.1. Evaporator 3.1. Evaporator Climbing Film  Film 

3.2 

Prosedur Percobaan Percobaan  Evaporator Climbing Film  dilakukan menggunakan alat yang

tersedia di laboratorium. Untuk melakukan percobaan, maka tahap yang dilakukan sebagai berikut. 3.2.1  Tahap 1: Persiapan a.  Mengosongkan tangki kondensat (L2 dan L3) dan memastikan bahwa sumber listrik, steam, dan air pendingin telah tersedia.  b.  Membuka valve V1, V4, V6, V8, C1, C4 c.  Menutup valve V2, V3, V5, V7, C5, C6, C7, C9

17

 

18

3.2.2  Tahap 2: Start Up a.  Menyalakan feed pump (S5) dan S2 serta membuka penuh C8.  b.  Menyalakan feed pre-heater (S3). c.  Menyesuaikan C8 untuk untuk mendapatkan laju feed yang diinginkan pada F2, ketika cairan telah terlihat di aliran F2. Nilai F2 adalah 10 liter/jam. d.  Membuka dan menyesuaikan C2 untuk mengatur aliran di F1, dimana F1 = 40xF2. e.  Mengatur besaran tekanan sistem yang diinginkan pada P2 dengan C10. Tekanan yang diukur diukur adalah saat P = 0, 100, dan 200 mmHg. mmHg. f.  Mencatat

waktu

tertentu

selama

filtrasi dengan menggunakan

stopwatch  dan mengukur volume filtrat (Vf) yang tertampung pada

masing-masing waktu tersebut. Volume filtrat terukur setiap 2 menit,  pengambilan data volume filtrat dilakukan dilakukan sebanyak 5 kali dengan total waktu 10 menit. g.  Menyalakan recirculation pump  (S4) saat aliran terlihat pada level vessel (10). h.  Mengatur termostat pada feed pre-heater (S3) sehingga temperatur T6 dan T7 sedekat mungkin. i.  Menyalakan

vacuum

pump  (S5)

untuk

kondisi

vakum

lalu

menyesuaikan C1 untuk mengatur tekanan sistem yang diinginkan pada P1. Membiarkan C1 terbuka penuh untuk kondisi tekanan sistem pada tekanan atmosfer. 3.2.3  Pengesetan Variabel a.  Mengatur P1 = 0 mmHg; F2 = 10 lt/hr; F1 = 40 x F2; F3 = 5 lt/hr  b.  Mencatat nilai : -  L1, L2 dan L3 -  T3, T5, T7 dan T8 -  P2 -  Jumlah steam yang terkondensasi c.  Mengulangi prosedur di atas untuk sirkulasi alamiah dan sirkulasi paksa untuk P1 = 0, 100 dan 200 mmHg. Mengambil data setiap seti ap 2 menit sekali

 

19

dalam waktu total 10 menit. Pengesetan sirkulasi alamiah dan sirkulasi  paksa dilakukan sebagai berikut: -  Sirkulasi Alami: Mengikuti prosedur persiapan dan start up seperti seper ti di atas. at as. Lalu membuka C5 sehingga mendapatkan hasil yang diinginkan pada F3. -  Sirkulasi Paksa: Ikuti prosedur pendahuluan dan start up seperti di atas. Membuka V7 dan menyesuaikan C4 dan C5 sehingga menghasilkan laju resirkulasi yang diinginkan pada F3.

Gambar 3.2. Skema Peralatan Evaporator Climbing Film 

 

 

BAB IV DATA PERCOBAAN DAN PENGOLAHAN DATA 4.1 

Data Percobaan Sirkulasi Alamiah Alamiah  Tabel 4.1 Data Percobaan Sirkulasi Alamiah 

P1

Waktu

(mmHg)

(menit)

0

100

Feed

Sirkulasi

Evaporator

Kondenser Kondensat

Konsentrat

Volume Kondensat

P2

T7

(lb/in2)

(oC)

43

6

101

101

50

50

0

64

42

6

99

100

50

80

100

10

73

42

6

101

101

65

100

150

12

10

74

42

6

101

99

73

125

175

8

11.5

10

73

41

6

101

101

80

145

300

10

11

10

70

41

6

101

101

88

165

400

0

14

10

71

40

6

99

97

50

50

0

2

13.5

10

75

40

6

97

99

60

85

110

4

13

10

74

40

6

99

99

72

110

215

6

12

10

64

40

6

99

99

80

135

302.5

8

11.8

10

66

40

6

99

99

85

160

450

10

11

10

74

39

6

99

99

95

185

525

L1

F2

T5

(mL)

(L/jam)

(oC)

0

15

10

67

2

13

10

4

12.5

6

T8 (oC)

T3 (oC)

L2 (mL)

L3 (mL)

(mL/menit)

20

 

21

Tabel 4.1 Data 4.1 Data Percobaan Sirkulasi Alamiah (lanjutan)

P1

Waktu

(mmHg)

(menit)

200

Feed L1

F2

Sirkulasi T5 o

(mL)

(L/jam)

( C)

0

14

10

69

2

13.6

10

4

12.5

6

T8 (oC)

Evaporator P2

T7 2

o

Kondenser Kondensat

Konsentrat

T3 (oC)

L2 (mL)

L3 (mL)

Volume Kondensat (mL/menit)

(lb/in )

( C)

40

6

94

94

50

50

0

66

42

6

95

95

60

80

75

10

72

42

6

94

94

68

112

117.5

12

10

73

43

6

94

94

78

142

132.5

8

11.5

10

70

43

6

94

94

85

170

145

10

11

10

63

43

6

94

94

95

200

140

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

 

22

4.2 

Data Percobaan Sirkulasi Paksa Tabel 4.2 Data Percobaan Sirkulasi Paksa

P1

Waktu

(mmHg)

(menit)

Feed

Sirkulasi

L1

F2

T5

(mL)

(L/jam)

(oC)

0

12

10

56

2

11.5

10

4

11.5

6

Evaporator

Kondenser Kondensat

P2

T7

(lb/in2)

(oC)

45

6

58

44

10

55

11.5

10

8

10

10

Volume Kondensat

T3 (oC)

L2 (mL)

L3 (mL)

97

91

50

50

0

6

105

77

60

60

80

42

6

103

69

70

70

210

56

45

6

105

72

80

70

400

10

57

45

6

104

74

85

90

550

10

10

57

44

6

100

76

96

95

870

0

10

10

60

42

6

96

96

70

70

0

2

10

10

61

42

6

104

96

85

76

410

4

10

10

69

41

6

102

95

90

81

640

6

10

10

73

41

6

102

96

93

102

810

8

10

10

74

42

6

100

94

95

105

1000

10

10

10

74

41

6

101

95

96

106

1210

0

100

T8 (oC)

Konsentrat

(mL/menit)

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

 

23

Tabel 4.2 Data Percobaan Sirkulasi Paksa (lanjutan)

P1 (mmHg)

200

Waktu

Feed

Sirkulasi

Evaporator P2

T7

(lb/in2)

(oC)

41

6

55

40

10

55

9.5

10

8

9.5

10

9.5

L1

F2

T5

(mL)

(L/jam)

(oC)

0

9.5

10

60

2

9.5

10

4

9.5

6

(menit)

o

Kondenser Kondensat o

Konsentrat

Volume

T3 ( C)

L2 (mL)

L3 (mL)

Kondensat

93

94

76

76

0

6

93

76

88

89

110

40

6

91

88

94

94

320

56

40

6

92

89

95

95

340

10

54

39

6

92

90

96

95

520

10

56

38

6

91

92

97

96

1230

T8 ( C)

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

 

24

Pengolahan data pada evaporator ini dibagi menjadi 4, yaitu variasi tekanan terhadap laju evaporasi air, variasi laju sirkulasi dan evaporasi dengan perbedaan suhu, perbandingan keekonomisan untuk sirkulasi alamiah dan sirkulasi paksa, serta perhitungan neraca energy untuk sirkulasi alamiah dan sirkulasi paksa. Berikut ini adalah masing-masing dari penjabaran perhitungan perbagian. 4.3 

Variasi Tekanan Sistem Terhadap Laju Evaporasi

Langkah Perhitungan 1.  Mencari rata-rata tekanan sistem (P2) lalu mencari suhu steam (Ts) pada tekanan tersebut dengan menggunakan steam table. Berikut ini adalah steam  table-nya.

2.  Menghitung rata-rata dari titik didih (T7). 3.  Menghitung perbedaan temperatur dengan persamaan:

Δ =  − 7 ,  

 

4. Membuat plot level tangki kondensat (L2) terhadap waktu dan menentukan slope dari grafik yang terbentuk (S). 5.  Menghitung laju penguapan rata-rata (E) untuk setiap nilai tekanan dengan menggunakan persamaan:

 = 60.. 60.. 2   Dengan (2), faktor kalibrasi untuk tangki kondensat sebesar 17.6 kg/m. 6.  Membuat grafik yang menghubungkan laju penguapan rata-rata (E) di sumbu-y terhadap tekanan sistem ( 1) di sumbu-x. 7.  Melakukan langkah penghitungan di atas untuk variasi tekanan 0 kPa, 100 kPa, dan 200 kPa pada percobaan sirkulasi alamiah dan sirkulasi paksa. Berikut ini adalah tabel perhitungan dengan menggunakan Ms. Excel sebagai simulasi.

 

25

Hasil Perhitungan  Konveksi Alami P = 0 mmHg Tabel 4.3 Perhitungan Konveksi Alami P = 0 mmHg

P1 (mmHg)

0

Ts

Average

P2 (lb/in2)

T7 (oC)

L2 (L)

Waktu (menit)

L2 (mL)

6

101

0.5

0

50

6

99

0.6

2

60

6

101

0.65

4

65

6

101

0.73

6

73

6

101

0.8

8

80

6

101

0.88

10

88

6

100.67

Slope

0.0007

P2 average (bar)

0.413685

C2

17.6

Delta Ts

14.98

E

0.72411

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

Slope pada tabel diperoleh dari memplot L2 terhadap waktu. Sedangkan untuk mendapatkan Ts menggunakan metode interpolasi dari data antara yang disediakan steam table. Tabel 4.4. Perhitungan Konveksi Alami P dan Ts, P = 0 mmHg

P (bar)

Ts (C)

0.4 0.4137

75.87 76.62

0.5

81.33 (Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

 

26

P = 100 mmHg Tabel 4.5 Perhitungan Konveksi Alami P = 100 mmHg  

P1 (mmHg)

100

Ts

Average

Waktu

P2 (lb/in2)

T7 (oC)

L2 (L)

6 6

99 97

0.5 0.6

0 2

50 60

6

99

0.72

4

72

6

99

0.8

6

80

6

99

0.85

8

85

6

99

0.95

10

95

6

98.67

Slope

0.0007

0.413685

C2

17.6

19.86

E

0.7744

P2 average (bar) Delta Ts

L2 (mL)

(menit)

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

Slope pada tabel diperoleh dari memplot L2 terhadap waktu. Sedangkan untuk mendapatkan Ts menggunakan metode interpolasi dari data antara yang disediakan steam table.

Tabel 4.6 Perhitungan Konveksi Alami P dan Ts, P = 100 mmHg  

P (bar)

Ts (C)

0.4

75.87

0.4137 0.5

76.62 81.33 (Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018) 

 

27

P = 200 mmHg Tabel 4.7 Perhitungan Konveksi Alami P = 200 mmHg  

P1 (mmHg)

200

Ts

Average

Waktu

P2 (lb/in2)

T7 (oC)

L2 (L)

6 6

94 95

0.5 0.6

0 2

50 60

6

94

0.68

4

68

6

94

0.78

6

78

6

94

0.85

8

85

6

94

0.95

10

95

6

94.17

Slope

0.0007

0.413685

C2

16.7

31.40

E

0.7794

P2 average (bar) Delta Ts

L2 (mL)

(menit)

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

Slope pada tabel diperoleh dari memplot L2 terhadap waktu. Sedangkan untuk mendapatkan Ts menggunakan metode interpolasi dari data antara yang disediakan steam table.

Tabel 4.8 Perhitungan Konveksi Alami P dan Ts, P = 100 mmHg  

P (bar)

Ts (C)

0.4

75.87

0.4137 0.5

76.62 81.33 (Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018) 

 

28

1.20 1.00

y = 0.0007x + 0.5167

    )    r 0.80    e    t    e 0.60    m     (    2    L 0.40

y = 0.0007x + 0.5052 y = 0.0007x + 0.471

0.20 0.00 0

100

200

300

400

500

600

700

t (sekon) 0 mmHg

100 mmHg

200 mmHg

Linear (0 mmHg)

Linear (100 mmHg)

Linear (200 mmHg)

Gambar 4.1 Grafik Hubungan antara L 2 dengan Waktu pada Konveksi Alami

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018) 

 Konveksi Paksa Paksa P = 0 mmHg Tabel 4.9 Perhitungan Konveksi Paksa P = 0 mmHg  

P1 (mmHg)

0

Ts

Average P2 average (bar) Delta Ts

Waktu

P2 (lb/in2)

T7 (oC)

L2 (L)

6

97

0.5

0

50

6

105

0.6

2

60

6

103

0.7

4

70

6

105

0.8

6

80

6

104

0.85

8

85

6

100

0.96

10

96

6

102.33

Slope

0.0008

0.413685

C2

17.6

14.97

E

0.792

L2 (mL)

(menit)

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

Slope pada tabel diperoleh dari memplot L2 terhadap waktu. Sedangkan untuk mendapatkan Ts menggunakan metode interpolasi dari data antara yang disediakan steam table.

 

29

Tabel 4.10 Perhitungan Konveksi Paksa P dan Ts, P = 0 mmHg  

P (bar)

Ts (C)

0.4

75.87

0.4137

76.62

0.5

81.33 (Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

P = 100 mmHg Tabel 4.11 Perhitungan Konveksi Paksa P = 100 mmHg  

P1 (mmHg)

100

Ts

Average

o

Waktu

P2 (lb/in2)

T7 ( C)

L2 (L)

6

96

0.07

0

70

6

104

0.085

2

85

6

102

0.09

4

90

6 6

102 100

0.093 0.095

6 8

93 95

6

101

0.096

10

96

6

100.83

Slope

0.0004

0.413685

C2

17.6

19.86

E

0.7

P2 average (bar) Delta Ts

L2 (mL)

(menit)

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

Slope pada tabel diperoleh dari memplot L2 terhadap waktu. Sedangkan untuk mendapatkan Ts menggunakan metode interpolasi dari data antara yang disediakan steam table.

Tabel 4.12 Perhitungan Konveksi Paksa P dan Ts, P = 100 1 00 mmHg 

P (bar)

Ts (C)

0.4

75.87

0.4137

76.62

0.5

81.33 (Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018) 

 

30

P = 200 mmHg Tabel 4.13 Perhitungan Konveksi Paksa P = 200 mmHg  

P1 (mmHg)

200

Ts

Average

o

Waktu

P2 (lb/in2)

T7 ( C)

L2 (m)

0.87 0.87

93 93

0.076 0.088

0 2

76 88

0.87

91

0.094

4

94

0.87

92

0.095

6

95

0.87

92

0.096

8

96

0.87

91

0.097

10

97

0.87

92

Slope

0.0003

0.413685

C2

17.6

31.40

E

0.9

P2 average (bar) Delta Ts

L2 (mm)

(menit)

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

Slope pada tabel diperoleh dari memplot L2 terhadap waktu. Sedangkan untuk mendapatkan Ts menggunakan metode interpolasi dari data antara yang disediakan steam table.

Tabel 4.14 Perhitungan Konveksi Paksa P dan Ts, P = 200 mmHg 

P (bar)

Ts (C)

0.4

75.87

0.4137 0.5

76.62 81.33 (Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

 

31

1.20 y = 0.0003x + 0.8171

1.00     )    r 0.80    e    t    e 0.60    m     (    2    L 0.40

y = 0.0004x + 0.7652 y = 0.0008x + 0.51

0.20 0.00 0

100

200

300

400

500

600

700

t (sekon) 200 mmHg

100 mmHg

0 mmHg

Linear (200 mmHg)

Linear (100 mmHg)

Linear (0 mmHg)

Gambar 4.2 Grafik Hubungan antara L2 dengan Waktu pada Konveksi Paksa  

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018) 

Sehingga kita dapat memplot grafik pengaruh tekanan terhadap laju evaporasi sebagai berikut. 1 0.9 0.8 0.7     ) 0.6    s     /    g 0.5     k     (    E 0.4

0.3 0.2 0.1 0 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

P1 (kPa) Konveksi Paksa

Konveksi Alami

Gambar 4.3 Grafik Hubungan antara E dengan P 1 pada Konveksi Alami dan Paksa  

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

 

32

4.4 

Variasi Laju Sirkulasi Dan Evaporasi Dengan Perbedaan Suhu

Langkah Perhitungan 1.  Menghitung tekanan steam  rata-rata (P2) dan setelah itu mencari temperature

steam  (Ts,

°Celcius)

pada

tekanan

tersebut

dengan

menggunakan steam table. 2.  Menghitng rata-rata titik didih (T7). 3.  Menghitung perbedaan suhu dengan menggunakan persamaan:

Δ  =  − 7 ,  4.  Menghitung umpan rata-rata dan laju sirkulasi (F 2 dan F3). 5.  Menghitung rasio sirkulasi R dari sistem menggunakan persamaan:

=

3 2

 

6.  Membuat grafik yang menghubungkan level kondensat (L2) di sumbu-y dengan waktu (t) di sumbu-x. s umbu-x. Kemudian menentukan slope (S2) dari grafik yang terbentuk. 7.  Menghitung laju penguapan rata-rata (E) dengan menggunakan persamaan:

 = 60.. 60.. 2   Dengan (C 2), factor kalibrasi untuk tangka kondensat sebesar 17.6 kg/m 8.  Membuat grafik yang menghubungkan log laju penguapan rata-rata (log E) di sumbu-y terhadap log suhu (log (l og T) di sumbu-x. 9.  Melakukan langkah penghitungan di atas untuk variasi tekanan 0 kPa, 100 kPa, dan 200 kPa pada percobaan sirkulasi alamiah dan sirkulasi paksa. Hasil Perhitungan Pada pengolahan data ini memiliki langkah yang sama dengan pengolahan sebelumnya, yaitu tahapan 1-3, 6, dan 7 sehingga dapat dilihat pada pengolahan sebelumnya. Sedangkan nilai untuk laju umpan rata-rata dan laju sirkulasi ditetapkan konstan, yaitu:

3  = 5 /ℎ /ℎ 2  = 10 /ℎ maka,

=

 3 2

 =

5 10

 = 0.5 

 

33

Dalam mencari grafik dengan hubungan log T dan log E diambil menggunakan data sebelumnya dengan beberapa pengolahan kembali. Berikut ini adalah tabel  perhitungannya. Konveksi Alami Tabel 4.15 Pengolahan Data Tujuan Kedua Konveksi Alami  

T7 avg

T s 

Ts-T7, avg

E

Log T

Log E

100.67

76.62

24.05

0.724114

1.381054883

-0.14019

98.67

76.62

22.05

0.7744

1.343342936

-0.11103

94.17

76.62

17.55

0.779429

1.244194626

-0.10822

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

Konveksi Paksa Tabel 4.16 Pengolahan Data Tujuan Kedua Konveksi Paksa  

T7 avg

Ts 

Ts-T7, avg

E

Log T

Log E

102.33 100.83

76.62 76.62

25.71 24.21

0.792 0.7

1.41015838 1.384054581

-0.10127 -0.1549

92

76.62

15.38

0.9

1.186956335 (Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018) 

-0.04576

Sehingga grafik hubungan keduanya sebagai berikut. 0 -0.02

1.15

1.2

1.25

1.3

1.35

1.4

1.45

-0.04 -0.06    E -0.08    g    o     l

-0.1 -0.12 -0.14

y = -0.3638x + 0.3821 R² = 0.6617

y = -0.1919x + 0.134 R² = 0.5872

-0.16 -0.18

log ΔT Konveksi Paksa

Konveksi Alami

Gambar 4.4 Grafik Hubungan antara log E dengan log ΔT pada Konveksi Alami dan Paksa  

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018) 

 

34

4.5 

Perhitungan Keekonomisan Untuk Sirkulasi Alami Dan Sirkulasi Paksa

Langkah Perhitungan 1.  Menghitung tekanan rata-rata steam (P2) dan sistem (P1), titik didih rata-rata (T7), dan laju alir rata-rata umpan dan sirkulasi (F2 dan F3). 2.  Menghitung rasio sirkulasi rata-rata (R) dengan persamaan:

=

3 2

 

3.  Karena terdapat evaporasi maka akan menghitug jumlah air dengan mengamati perubahan level pada tangki kondensat (L2) dengan persamaan:

   = 2 . Δ2   Dengan (2), faktor kalibrasi untuk tangki kondensat sebesar 17.6 kg/m. 4.  Menghitung jumlah kondensat yang terkumpul (Q) dengan persamaan:

1

2

 = 4 πd dL2   Dengan dL2, selisih antara ketinggian awal dan akhir tangka di kondensat. 5.  Menghitung keekonomisan () dengan persamaan

  =

 

 

6.  Membuat grafik yang menghubungkan nilai keekonomisan ( ) di sumbuy terhadap tekanan sistem ( 1) di sumbu-x. Hasil Perhitungan Berikut ini merupakan hasil perhitungan Qc dengan melakikan proses perkalian dengan volume kondensat yang di dapat dengan massa jenis air.

 

35

Tabel 4.17 Pra-Pengolahan Data Tujuan Ketiga 

Alami P1

Volume

Qc (mL/min)

Kondensat

0

100

Paksa

0 200 300 350 600 800 0 220 430 605 900 1050 0

0 100 150 175 300 400 0 110 215 302.5 450 525 0

150 235 265 190 320

75 117.5 132.5 95 160

200

Volume

Qc (mL/min)

Kondensat

0 160 420 800 1100 1740 0 820 1280 1620 2000 2420 0

0 80 210 400 550 870 0 410 640 810 1000 1210 0

220 640 680 1040 2460 (Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018) 

110 320 340 520 1230

Setelah mendapatkan data tersebut seperti di atas, setiap dua menit, maka dilakukan  pengolahan data tahap tiga. Berikut ini adalah hasil pengolahannya pengolahannya  Konveksi Alami Tabel 4.18 Pengolahan Data Tujuan Ketiga Konveksi Alami  

P2

T7

P1

avg

avg

F2

F3

0

41.37

100.67

10

5

100

41.37

98.67

10

5

200

41.37

94.17

10

5

R

0.5

dL2

Qc avg

We

Ec

0.38

187.5

6.688

35.66933

0.45

267.0833333

7.92

29.65367

0.45

96.66666667

7.92

81.93103

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

 

36

 Konveksi Paksa Paksa Tabel 4.19 Pengolahan Data Tujuan Ketiga Konveksi Paksa

P2

T7

avg

avg

0 100

41.37 41.37

200

41.37

P1

F2

F3

102.33 100.83

10 10

5 5

92

10

5

R

0.5

dL2

Qc avg

We

Ec

0.46

351.6666667

8.096

23.0218

0.26 678.3333333 4.576 6.745946 0.21

420

3.696

8.8

(Sumber: Data Pribadi Praktikum, 2018)

Berikut merupakan grafik hubungan Ec terhadap P pada proses evaporasi dengansirkulasi alami dan sirkulasi paksa. 90 80 70 60 50    c    E

40 30 20 10 0 0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

P1 (kPa) Konveksi Paksa

Konveksi Alami

Gambar 4.5 Grafik Hubungan antara Ec dengan P 1 pada Konveksi Alami dan Paksa  

4.6 

Neraca Energi Untuk Sirkulasi Alamiah Dan Sirkulasi Paksa

Langkah Perhitungan 1.  Menentukan sebelumnya data-data entalpi umpan dengan menggunakan steam table, yaitu: hF pada T5, HE pada T3, hC pada T8, HS dan hS pada P2.

2.  Menghitung perubahan ketinggian pada tangki umpan, kondensat, dan konsentrat dengan cara mengurangkan data menit ke 0 dan data menit ke 10 (dL1, dL2, dL3). Menghitung total kondensat yang terkumpul dengan  persamaan:

=

1 4

 2 2  

 

37

Dengan dL2, selisih antara ketinggian awal tangki dan ketinggian akhir tangka di kondensat. 3.  Menghitung massa air umpan, air yang terevaporasi, dan konsentrat (WF, WE, WC) dengan persamaan

   =  . Δ      = 2 . Δ2      = 3 . Δ3   Dengan 1, 2, 3, konstanta kalibrasi masing-masing tangki, yaitu sebesar 110 kg/m, 17.6 kg/m, dan 17.6 kg/m. 4.  Menghitung neraca massa dengan menggunakan persamaan berikut:

  =   +    Menghitung neraca energi dengan menggunakan persamaan berikut:

 . ℎ +  .   =  . ℎ  +  . ℎ  + . ℎ   Dimana:  = massa air masukan ke evaporator (kg)

 = massa air terevaporasi (kg)  = massa air konsentrat (kg)  = massa steam terkondensasi (kg) ℎ = entalpi umpan pada 5 (kJ/kg) ℎ = entalpi uap air keluar dari evaporator 3 (kJ/kg) ℎ = entalpi konsentrat pada 8 (kJ/kg)

 = entalpi steam masuk jaket evaporator pada P 2 (kJ/kg) ℎ = entalpi kondensat keluar dari jaket evaporator (kJ/kg)

5.  Menghitung kesalahan relatif dari neraca massa dengan persamaan berikut:

  =

( − (  +  ) 

 × 100% 100%

Menghitung kesalahan relatif dari neraca energi dengan persamaan berikut:

  =

| . ℎ + .  ) − ( . ℎ  +  . ℎ  +  . ℎ )| 

  × 100% 100% 

Hasil Perhitungan Berikut adalah data-data entalpi masukan mas ukan dengan menggunakan steam table, yaitu:  pada 3, ℎ pada  pada 8,    dan ℎ pada 2.   pada ℎ pada 5, 